第三代移动通信技术的现状和展望

华为技术有限公司上海研究所 吴更石 杨平
摘要本文首先分析了第三代移动通信未来的业务和市场。回顾了第三代移动通信协议的标准化进程，分析了几种主流的第三代移动通信技术的特点和优势，特别分析了第三代移动通信标准化工作的最新内容和未来移动通信的可能发展方向。最后介绍了中国移动通信设备商在第三代移动通信设备研制和生产上的进展。
关键词移动通信 业务宽带码分 多址无线接入网 第三代伙伴项目（3GPP）

1移动通信市场和3G

　　全球移动通信发展的速度非常迅速，1999年已经超过4亿用户，其中一半以上是GSM用户，其它主要是PDC和IS-95的用户。全球上网手机的数量超过上网代的数量的时间将提前到2002年。2000年能上网的手机达到6000万，其中支持WAP（无线应用协议）的手机约4000万。诺基亚预测到2001年上网手机数量将增加到2亿左右，其中WAP手机有1.8亿。

　　移动运营商目前主要面临的就是Internet业务和其它增值业务，如银行业务。定位业务等的引人。这方面日本的NTT DoCoMo率先引入了i－Mode移动Internet业务，取得了巨大的商业成功，目前有一万多个商业网站在经营i－Mode业务。新业务的引入对无线通信网络提出了新的要求。建立在原有第二代移动通信制式上的数据传输方案已经远远不能满足需求，需要适合于宽带数据业务和IP业务的新的宽带移动通信系统。

　　其次，原有第二代移动业务由于频谱资源较少（不到100MHz），频谱效率本身比较低，根本无法满足现有的以语音为主的业务需求。实际上，目前一些移动业务发达地区的容量已严重不足，日本等国家和一些中心城市的问题尤为突出。

　　ITU早在WRC92会议上就为IMT-2000规划了120MHz（1920－1980MHz，2110－2170MHz）的对称频谱资源供FDD使用，35MHz（1900－1920MHz，2010－2025MHz）的非对称频谱资源供TDD使用。WRC2000的会议上又增加了800MHz频段（806－960MHz）、1.7GHz频段（1710－1885MHz）、2.5GHz频段（2500－2690MHz）供IMT-2000业务使用，两者相加使得3G未来的频谱有500MHz以上，为未来的应用预留了巨大的资源空间。

　　再者，全球一体化的进程迫切需要一个全球统一的移动通信系统，第二代移动通信系统现有的多制式的空中接口和网络设备，不可能实现这个要求，因此新的有望实现全球统一的移动通信系统被寄予厚望。

　　最后，移动通信技术日新月异，第二代通信系统的标准化和产业化工作已经完成了很久，其主要目的也仅仅是为了解决语音通信的需求。近年来，随着CDMA等无线通信技术的日益成熟，以及无线数据通信技术的发展，需要对原来无线通信技术体制进行相应的更新，提高频谱资源的利用效率和运营商的成本收益。

　　3G的标准化需求是市场和技术双重驱动的结果，目前3G的标准制定和系统开发工作已经基本完成。3G的商用化进程也在进行中，最早是韩国cdma2000－1x2000年底开始商用，日本预计2001年第一季度开始商用WCDMA，中国和欧洲商用WCDMA的时间计划在2002年左右。

2 3G未来业务展望

　　3G预期提供的业务是非常丰富的。可以通过3G终端，享受普通话音业务，多媒体业务，可视电话和视频会议电话；移动网络上的Internet应用也更为普遍，Email、WWW浏览、电子商务。电子贺卡等业务将与移动网络相结合。移动办公类业务也是一个发展方向：Intranet接入、企业VPN等将大力普及。信息、教育类业务也将有很好的应用前景，股票信息、交通信息、气象信息。位置服务（LCS）、网上教室、网上游戏等移动应用将极大地丰富人们的生活。

　　IMT-200提出了SoLSA、VHF等新的特色业务，使得业务提供更加灵活和个性化。Release’99中可通过MexE、SAT、CAMEL等现有技术来体现VHE的业务平台概念。3G支持多呼业务能力，即能够支持终端同时进行多个CS呼叫或PS会话的能力。

3G丰富的切换能力也保证了移动网络中的业务连续性。

　　业务IP化、分组化、多媒体化、个性化、生成简单化是总的发展趋势。在未来的业务生成体系中，移动网络运营者、业务提供者（ISP）和内容提供者（ICP）将进行紧密的分工合作。特别重要的是，未来的网络将提供开放的业务结构（OSA），移动运营者可以自己或者和其它机构合作，在网络提供的开放业务平台上开发出各种各样的灵活业务，从而满足移动用户的更高要求。

3第三代移动通信的主流制式

　　在当今的通信领域中，数据网络和多媒体通信逐步和无线通信的可移动性相结合，因此移动多媒体或移动IP迅速发展起来。3G是移动通信发展的必然，这种必然性表现在两个方面，首先是巨大的移动通信市场和目前频谱资源的有限性之间的矛盾日益突出。另外一个重要的原因就是移动多媒体业务的需求从根本上促使了IMT-2000的发展。

　　3G的主要技术体制WCDMA-FDD／TDD和TD-SCDMA是由3GPP开发和维护的规范，而cdma2000是由3GPP2开发和维护规范，这些技术都是以CDMA技术为核心的。值得指出的是，TD-SCDMA（也称低码片速率TDD，WCDMA-TDD称为高码片速率TDD）技术规范是第一份我国自己提出的。被ITU全套采纳的无线通信标准。其它的第三代技术还有DECT、EDGE等。目前看来，将要采用WCDMA-FDD模式的国家是最多的，如欧洲、日本、韩国都决定采用WCDMA-FDD模式为自己的主流制式。2000年底，美国 AT＆ T移动业务分公司也宣布选取WCDMA-FDD为自己的第三代业务平台。

　　下面简要介绍一下WCDMA-FDD、TD-SCDMA和cdma2000三种主流制式的技术特点。

　　（1）WCDMA-FDD制式的主要技术特点

　　·基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，灵活组网。

　　·信号带宽：5MHz；码片速率：3.84Mchip／s。

　　·发射分集方式：TSTD、STTD、FBTD。

　　·信道编码：卷积码和TUrbO码，支持2Mbit／s速率的数据业务。

　　·调制方式；上行： BPSK，下行：QPSK。

　　·功率控制：上。下行闭环功率控制，外环功率控制。

　　·解调方式：导频辅助的相平解调。

　　·语音编码：AMR与GSM兼容。

　　·核心网络基于GSM／GPRS网络的演进，并保持与GSM／GPRS网络的兼容性。

　　·MAP技术和GPRS隧道技术是WCDMA移动性管理机制的核心，保持与Gffo网络的兼容性。

　　·支持软切换和更软切换。

　　·基站无需严格同步，组网方便。

　　（2）TD-SCDMA制式的主要技术特点

　　·信号带宽：1.23MHz；码片速率1.28Mchip／s。

　　·采用智能天线（Smart Antem）技术，提高频谱效率。

　　·采用同步CDMA（SynchronousCDMA）技术，降低上行用户间的干扰和保护时隙的宽度。

　　·接收机和发射机采用软件无线电（Software Radio）技术。

　　·采用联合检测技术，降低多址干扰。

　　·多时隙 CDMA＋DS-CDMA，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务。

　　·采用接力切换，降低掉活率，提高切换的效率。

　　·语音编码：AMR与GSM兼容。

　　·核心网络基于GSM／GPRS网络的演进，并保持与GSM／GPRS网络的兼容性。

　　·基站间采用GPS或者网络同步方法，降低基站间干扰。

　　（3）cdma2000制式的主要技术特点

　　·分成两个方案，即cdma2000-1x和cdma2000-3x两个阶段，cdma2000-1x信号带宽为1.25MHz，码片速率1.2288Mchip／s；cdma2000-3x采用多载波CDMA技术，前向信号由3个 1.25MHz的载波组成，反向信号是信号带宽为5MHz的单载波，码片速率为3.6864Mchip／s。

　　·兼容IS-95A／B。

　　·前反向同时采用导频辅助相干解调。

　　·快速前向和反向功率控制。

　　·前向发射分集：OTD、STS。

　　信道编码：卷积码和Turbo码，cdma2000-1x最高433.5kbit／s业务速率（一个基本信道+两个补充信道），cdma2000-1xDO最高支持2.4Mbit／s业务速率，cdma2000-3x最高支持2Mbit／s业务速率。

　　·可变帧长：5ms，10ms，20ms，40ms，80ms。

　　·支持F-QPCH，延长手机待机时间。

　　·核心网络基于ANSI-41网络的演进，并保持与ANSI-41

　　·网络的兼容性。

　　·网络采用GPS同步，给组网带来一定的复杂性。

　　·支持软切换和更软切换。

　　三种制式中TD-SCDMA的优势在于它同时采用了智能天线和联合检测技术，上下行时隙的不对称分配，提高了频谱效率，适应数据业务，其弱点是用户移动速度比较低，基站间干扰比较大，采用基站同步技术能够减少一部分干扰，TD-SCDMA将在2001年3月推出第一个可商用的版本规范。WCDMA和cdma2000的技术特点类似，WCDMA的优势在于基站无需严格同步。WCDMA已经在2000年3月推出了商用版本Release’99。WCDMA和cdma2000以及Td-SCDMA都在向提高下行数据传输速率的方向发展，这方面3GPP2率先推出了最高支持2.4Mbit／s业务的cdma20001xDO，而另外两种制式的高速下行传输协议还在制定之中，下面具体介绍这方面的进展。

4 移动通信技术的进一步发展（Bevond IMT-2000）

　　数据通信业务增长和网络全IP化的需求，推动了IMT-2000的继续发展，为此，ITU-R成立了专门的研究组WP RF来推动Beycnd IMT-2000的标准化，但目前技术工作主要还是由3GPP和3GPP2这两个组织来完成。

4.13GPP的主要工作

　　3GPP目前主要的工作有WCDMA Release’99版本的完善，以及Relese4和Release 5版本的制订。其中Relese4和Relese5中用到的主要技术就是Beyond IMT-2000的技术，涉及的内容如下。

　　（1）终端省电特性

　　由于IP传输的间断性，专用控制信道（DKCH）在IP数据传输的间隙实际上还在UE和BS间不断地发射和接收，增加了不必要的功耗，减少了系统容量。终端省电特性的目标是通过减少数据业务传输时专用控制信道的发送与接收，来降低终端UE的功耗，同时降低整个蜂窝系统的干扰（因为CDMA系统具有自干扰性质），其具体实施措施是通过高层信令来控制专用控制信道，进行门控传输。

　　（2）高速包接入（目前主要是下行）

　　数据传输和语音传输的特性不同，使得在数据包传输的方法上需要寻找和发展新的途径。同时目前对于蜂窝系统数据传输速率和频谱效率不断提高的要求也促进了高速数据传输技术的提出。

　　目前3GPP研究的主要目标是：显著提高下行包数据的峰值传输速率，显著提高下行包数据传输的总体吞吐率同时减少包数据的传输延迟。其进一步的发展有望解决空中接口的全IP化问题，即利用IP数据包在空中接口传输语音、图像等实时性很强的业务。

　　高速下行包接入（HSDPA）基于高速下行共享信道，主要应用的技术有：自适应调制和编码，快速混合自动重传（F-HARQ），快速小区选择（FCS）和多人多出的天线处理方法。

　　高速的包接入空中接口对整个无线接入网络倒也提出了要求，一些原来属于无线网络控制器（RNC）的特性也会挪动到基站（NodeB）中，比如HSDPA调度，HSDPA传输格式（AMC）选择，HSDPA的ARQ终止方式确定（F-HARQ）。这实际上是无线接入网的IP化演进方向。

　　（3）无线承载支持增强

　　在无线接入承载增强工作项目上，适合无线环境的IP包头压缩研究已经通过3GPP和IETF两个组织完成并在3GPP WCDMA中标准化。但是适合蜂窝传输的鲁律性的头压缩（ROHC）算法正在IETF的研究中， 3GPP将在今后的工作中将此改进的鲁棒IP包头压缩算法融合在WDMA的标准中。

　　其它比如定位技术的增强、无线资源管理方法优化、无线链路性能增强方法等等也在3GPP的研究目标之中。

4.2 3GPP2的主要工作

　　3GPP2提出了两个增强的cdma2000-1x技术阶段，分别称为cdma200-1xDO（Data Only）和cdma2000 1xDV（Data and Voice），前者是增强型的数据传输方法，主要来源于Qualcomm公司的HDR提案，已经完成了标准化工作。后者是增强型数据和语有混合传输方案（即全IP化），目前有Motorola的lxtreme方案，Lucent的多天线发射接收方案（MIMO）和中国连宇公司提出的LAS-CDMA方案等。其思路和3GPP基本一致，就是要实现IP化的空中接口，提高空中接口的频谱效率，提高空中接口的数据最大吞吐率。3GPP2实际上已经停止了cdm2000-3x规范协议的制定工作，这是因为3GPP2提出了两个增强的。cdma2000-1x技术已经超过了cdma2000-3x阶段原来定义的最高2Mbit／s的传输速率，同时cdma2000-3x对频带的要求和技术的复杂度，在它未来的主要应用地北美难以得到保证。

　　可以看出，无论是哪个无线标准化组织，都在向IP空中接口，提高空中接口的频谱效率和最高传输速率，以及完成移动蜂窝系统（包括无线接入网和核心网）的全IP化努力。这个发展方向带来的好处是显而易见的，这也将是下一代无线蜂窝系统的基础。值得一提的是，高速传输的技术提高了数据的最高传输速率，但是无线信道中数据传输并不能一直保持最高传输速率，因此最高传输速率只是无线通信技术的一个指标，衡量无线通信技术优劣的主要指标还是要看频谱效率。

5我国无线通信系统制造业的进展

　　与第二代通信系统研发不同的是，我国的无线通信系统制造业在第三代系统研发普遍起步较早。不仅在通信标准的提出上取得了历史性的突破，第一次提出了为国际承认的通信标准，而且在国际主流的第三代标准系统研发上也取得了与国际厂商同时进入市场的时间机会。

　　邮电科学研究院从90年代初开始进行TD-SCDMA的研究，当时是从无线本地环的应用起步，到1998的正式形成TD-SCDMA技术体制的提案，提交ITU，在ITU-R TG8/1获得通过成为3G的五个正式体制之一，并由3GPP组织进行相应的标准化工作，是我国提出的整套通信标准第一次为国际承认，成为国际标准。

　　华为公司1996的开始研制基于CDMA的无线本地环系统获得成功，又在1998年初开始WCDMA系统的研发工作，期间密切跟踪了国际CDMA技术和3G协议的进展，广泛开展了国内和国际合作，目前已经完成WCDMA产品关键技术的验证工作，正在完成整个WCDMA系统的开发研制和产品化工作。

　　国内其它公司在3G系统上也取得了可喜的进展，大唐集团在TD-SCDMA、中兴公司在IS-95、cdma2000-1x产品的研发上也取得了可喜进展。

　　国内厂家在3G上已经积累了相当的技术，但是3G市场并不是一帆风顺的，国际市场由于3G许可证的炒作和经济形式的变化，通信业纷纷在降低对3G市场的未来预期。而国内的通信市场历来就是一个白热化的竞争的市场，国内厂商要想在3G市场上取得更大的进步，就必须进一步加大研发的力量，进一步提高设备的技术含量，提高市场竞争力。

　　第三代移动通信系统的研发和市场化是国际通信产业新发展的机遇，更是我国移动通信国产化的重要机遇。国内移动通信设备厂商依靠自主开发，经过多年通信行业的市场磨练，经过第二代移动通信技术的积累，已经及时地跟上了第三代的设备开发步伐，能够在主流的移动通信技术上，大大减少了与国外主要设备商的差距，争取到了最早进入中国第三代移动通信市场的机会。

摘自《电信科学》